Revista Iberoamericana de Automática e Informática Industrial- Vol 19, No 1 (2022)https://riunet.upv.es:443/handle/10251/1786692024-03-29T00:04:45Z2024-03-29T00:04:45ZDiscriminador binario de imaginación visual a partir de señales EEG basado en redes neuronales convolucionalesLlorella, Fabio RicardoIáñez, EduardoAzorín, José MariaPatow, Gustavohttps://riunet.upv.es:443/handle/10251/1786982024-01-02T12:43:39Z2021-12-21T11:05:53ZDiscriminador binario de imaginación visual a partir de señales EEG basado en redes neuronales convolucionales
Llorella, Fabio Ricardo; Iáñez, Eduardo; Azorín, José Maria; Patow, Gustavo
[EN] A Brain-Computer Intarface (BCI) is a technology that allows direct communication between the brain and the outside world without the need to use the peripheral nervous system. Most BCI systems focus on the use of motor imagination, evoked potentials, or slow cortical rhythms. In this work, the possibility of using visual imagination to construct a binary discriminator has been studied. EEG signals from seven people have been recorded while imagining seven geometric figures. Using convolutional neural networks it has been possible to distinguish between the imagination of a geometric figure and relaxation with an average success rate of 91 % with a Cohen kappa value of 0.77 and a percentage of false positives of 9 %.; [ES] Las interfaces cerebro-máquina (Brain-Computer Intarface, BCI, en inglés) son una tecnología que permite la comunicación directa entre el cerebro y el mundo exterior sin necesidad de utilizar el sistema nervioso periferico. La mayoría de sistemas BCI se centran en la utilización de la imaginación motora, los potenciales evocados o los ritmos corticales lentos. En este trabajo se ha estudiado la posibilidad de utilizar la imaginación visual para construir un discriminador binario (brain-switch, en inglés). Concretamente, a partir del registro de señales EEG de siete personas mientras imaginaban siete figuras geométricas, se ha desarrollado un BCI basado en redes neuronales convolucionales y en la densidad de potencia espectral en la banda α (8-12 Hz), que ha conseguido distinguir entre la imaginación de una figura geométrica cualquiera y el relax, con un acierto promedio del 91 %, con un valor Kappa de Cohen de 0.77 y un porcentaje de falsos positivos del 9 %.
2021-12-21T11:05:53ZResultados experimentales del control de un sistema de teleoperación bilateral de robots con retardos variantes en el tiempoLópez, Mauro GilbertoArtega, Marco AntonioGutiérrez, A. I.Nuño, Emmanuelhttps://riunet.upv.es:443/handle/10251/1786972024-01-02T12:43:39Z2021-12-21T11:02:10ZResultados experimentales del control de un sistema de teleoperación bilateral de robots con retardos variantes en el tiempo
López, Mauro Gilberto; Artega, Marco Antonio; Gutiérrez, A. I.; Nuño, Emmanuel
[EN] Bilateral systems of teleoperation are useful in a wide range of tasks that can be dangerous or inaccessible for a human operator. However, when time varying delays appear in the communication channel, perfect transparency can no longer been sured. Instead, other control objectives may be pursued, such as the kinematic correspondence between the local and the remote robots. Furthermore, since most of the commercially available robots are not equipped with velocity sensors, to guarantee a certain level of transparency or kinematic correspondence the controller can not rely on velocity measurements. This article is focused on presenting the experimental results of a robust scheme to time delays for non-linear manipulators connected through a communication channel. The main advantages of the control scheme are: i) it is not necessary to know the dynamic parameters of the manipulators; ii) it is not necessary to impose restrictions in the behavior of the human operator and the remote surface; iii) an estimation of velocities is obtained through a second order linear filter; iv) a term that guarantee force tracking is added to the scheme as well. In order to show good performance, we report a set of experiments that have been carried out between different cities in Mexico using the Internet as a communication channel.; [ES] Los sistemas bilaterales de teleoperación son útiles en una amplia gama de tareas que pueden resultar peligrosas o inaccesibles para un humano. Sin embargo, cuando aparecen retardos variantes en el tiempo en el canal de comunicación, ya no se puede garantizar una transparencia perfecta. En cambio, se pueden perseguir otros objetivos de control, como la correspondencia cinemática entre los robots local y remoto. Además, dado que la mayoría de los robots disponibles comercialmente no están equipados con sensores de velocidad, para garantizar un cierto nivel de transparencia o correspondencia cinemática, el controlador no puede depender de las mediciones de velocidad. Este artículo está enfocado en presentar los resultados experimentales de un esquema robusto ante los retardos en el tiempo para manipuladores no lineales conectados a través de un canal de comunicación. Las ventajas principales del esquema propuesto son: i) no es necesario conocer los parámetros dinámicos de los manipuladores, ii) no es necesario imponer restricciones acerca del comportamiento del operador humano y de la superficie remota, iii) se obtiene una estimación de velocidades através de un filtro lineal de segundo orden, iv) un término que garantiza el seguimiento de fuerza fue agregado al esquema. Con el objetivo de mostrar el buen desempeño del esquema propuesto, se reportan un conjunto de experimentos que se han llevado a cabo entre diferentes ciudades de México utilizando Internet como canal de comunicación.
2021-12-21T11:02:10ZModelado de un AGV híbrido triciclo-diferencialSánchez, RobertoSierra-García, Jesús EnriqueSantos, Matildehttps://riunet.upv.es:443/handle/10251/1786962024-01-02T12:43:42Z2021-12-21T10:56:02ZModelado de un AGV híbrido triciclo-diferencial
Sánchez, Roberto; Sierra-García, Jesús Enrique; Santos, Matilde
[EN] In the industrial field, Automatic Guided Vehicles (AGV) are frequently used for the transport of goods, usually replacing manual means of transport or conveyor belts, to reduce operating costs and human errors in this way. In order to increase the performance of these industrial systems and enable more advanced applications, it is key to develop control-oriented models to test new strategies and control techniques, with the aim of making them safer and more efficient. Thus, in this work a kinematic and dynamic control-oriented model of an AGV is developed. The main objective of this work is to obtain a mathematical representation of the complex dynamics of the AGV Easybot, a hybrid tricycle-differential vehicle, which will allow us to study the effects of towed load and wheel-ground interaction. To do so, the kinematic models of the differential and the tricycle robot have been developed and combined together with the developed vehicle dynamics model. The AGV has been split into its different components and the Newton-Euler equations have been applied to obtain the equations of its dynamics. The model has been validated in simulation for different trajectories, varying the speed and the load.; [ES] En el ámbito industrial se utilizan con frecuencia Vehículos de Guiado Automático (AGV) para el transporte de mercancía puntual, normalmente sustituyendo a los medios de transporte manuales o a las cintas transportadoras, para así reducir costes operativos y errores humanos. Para aumentar el rendimiento de estos sistemas industriales y que puedan realizar funcionalidades más avanzadas, es fundamental desarrollar modelos orientados al control que permitan probar nuevas estrategias y técnicas de control que los hagan más eficientes y seguros. Para ello, en este trabajo se desarrolla un modelo cinemático y dinámico orientado al control de un AGV. El principal objetivo del trabajo es conseguir una representación matemática de la compleja dinámica del AGV Easybot, un vehículo híbrido triciclo-diferencial, que permita estudiar los efectos de carga remolcada y la interacción rueda-suelo. Para ello se ha desarrollado el modelo cinemático de la parte diferencial y del triciclo, y se han combinado ambos entre sí y con el desarrollo de la dinámica del vehículo. Se ha descompuesto el AGV en sus distintos módulos y se han aplicado las ecuaciones de Newton-Euler para obtener las ecuaciones de su comportamiento dinámico. El modelo se ha validado en simulación para diferentes trayectorias, variando la carga y la velocidad.
2021-12-21T10:56:02ZAnálisis del desempeño de un control PID de orden fraccional en un robot móvil diferencialVázquez, UlisesGonzález-Sierra, JaimeFernández-Anaya, GuillermoHernández-Martínez, Eduardo Gamalielhttps://riunet.upv.es:443/handle/10251/1786942024-01-02T12:43:40Z2021-12-21T10:49:31ZAnálisis del desempeño de un control PID de orden fraccional en un robot móvil diferencial
Vázquez, Ulises; González-Sierra, Jaime; Fernández-Anaya, Guillermo; Hernández-Martínez, Eduardo Gamaliel
[EN] This work deals with the tracking trajectory problem for a differential-drive mobile robot taking into account a dynamic extension from the kinematic model and, controlling a front point located at a certain distance perpendicular to the mid-axis of the wheels. Two controls are proposed, a PID fractional order controller (PIδDµ) and a PD fractional order controller (PDµ), both based on the tracking errors. The proposed controllers are obtained by means of the input-output linearization technique. On the other hand, the controller fractional terms are based on the Caputo’s operator. Numerical simulations with different fractional orders are presented and compared with the integer order PID controller, showing the variations that occurred when changing only the controller order.; [ES] Este trabajo aborda el problema de seguimiento de trayectorias de un robot móvil tipo diferencial considerando una extensión dinámica del modelo cinemático y, controlando un punto frontal situado a una cierta distancia perpendicular al eje medio de las ruedas. Se proponen dos tipos de controladores, un controlador PID de orden fraccionario (PIdeltaDmu) y un controlador PD fraccionario (PDmu), ambos basados en errores de seguimiento. Los controladores propuestos se obtienen empleando la técnica de linealización entrada-salida. Por otra parte, los términos fraccionarios del controlador se basan en el operador de Caputo. Se presentan simulaciones numéricas con diferentes órdenes fraccionarios y se comparan con el controlador PID de orden entero, mostrando las variaciones ocurridas al cambiar únicamente el orden del controlador.
2021-12-21T10:49:31ZSistema de control de posición mediante rechazo activo de perturbaciones para sistemas ópticos láserGuerrero-Castellanos, José FermiGonzález-Romeo, L. L.https://riunet.upv.es:443/handle/10251/1786932024-01-02T12:43:39Z2021-12-21T10:43:43ZSistema de control de posición mediante rechazo activo de perturbaciones para sistemas ópticos láser
Guerrero-Castellanos, José Fermi; González-Romeo, L. L.
[EN] In this work, an Active Disturbance Rejection Control scheme for a Laser Beam Stabilization system is presented in a pragmatic way. First, a Linear Extended State Observer is designed, which allows estimating external disturbances, non-model dynamics, and the transverse displacement speed of the beam. Subsequently, a control law is proposed for regulation and tracking tasks. The stability analysis in the Input-to-State-Stability framework shows that the closed-loop system, plant-observer-controller is stable when the total disturbance is viewed as the input, and the state is the beam position error. This analysis presents new perspectives to a now-classic result. The experimental results show the performance of the control scheme. Using the L2 norm and the Integral of the Squared Error, the closed-loop performance is evaluated and compared with three controls generally used in this type of systems: PID, observer-based state feedback, and linear quadratic gaussian regulator.; [ES] En este trabajo se presenta de manera pragmática un esquema de control por rechazo activo a perturbaciones para un sistema de direccionamiento y estabilización de haz láser. Primeramente es diseñado un Observador Lineal de Estado Extendido, el cual permite estimar las perturbaciones externas e incertidumbres en el modelo, así como la velocidad de desplazamiento transversal del haz. Posteriormente, se propone una ley de control, la cual contiene términos de retroalimentación y precompensación, permitiendo realizar tareas de regulación y seguimiento. Mediante un análisis de estabilidad en el sentido entrada a estado, se muestra que el sistema en lazo cerrado, planta-observador-controlador, es robustamente estable, cuando la entrada es la perturbación total y el estado es el error de posición del haz. Dicho análisis presenta nuevas perspectivas en una técnica ahora madura. Los resultados experimentales muestran el funcionamiento del esquema de control y mediante la norma L2 y la Integral del Error Cuadrático se mide el desempeño en lazo cerrado, el cual es comparado con tres controles generalmente usados en este tipo de sistemas: PID, control por retroalimentación de estados con observador y regulador lineal cuadrático gaussiano.
2021-12-21T10:43:43ZControl mediante rechazo activo de perturbaciones de la temperatura de un módulo termoeléctricoBarahona-Avalos, Jorge LuisJuárez-Abad, José AntonioGalván-Cruz, G. S.Linares-Flores, Jesúshttps://riunet.upv.es:443/handle/10251/1786922024-01-02T12:43:42Z2021-12-21T10:38:48ZControl mediante rechazo activo de perturbaciones de la temperatura de un módulo termoeléctrico
Barahona-Avalos, Jorge Luis; Juárez-Abad, José Antonio; Galván-Cruz, G. S.; Linares-Flores, Jesús
[EN] This article presents an active disturbance rejection approach for the control of the temperature in the cold face of a thermoelectric module fed by a type buck DC-DC converter. The dynamics of the module is seen as a disturbance of an unknown nature and varying in time, of the output voltage of the converter. Said disturbance is estimated by means of a generalized proportional integral type observer, which in combination with the controller allows to regulate the temperature on the cold face of the thermoelectric module to a desired constant value. The designed observer simultaneously estimates the step-down converter output voltage and the exogenous disturbance in an on-line cancellation scheme, known as active disturbance rejection control. For comparison purposes, a proportional integral type controller and a linear quadratic regulator are designed, based on an approximate linearization of the combined dynamic model of the buck converter and the module. The experimental results were obtained by means of an experimental prototype and allow to show the effectiveness of proposed control technique for this type of thermoelectric devices.; [ES] Este artículo presenta una aproximación mediante rechazo activo de perturbaciones para controlar, de manera indirecta, la temperatura de la cara fría de un módulo termoeléctrico alimentado por un convertidor CD-CD tipo reductor. La dinámica del módulo, es vista como una perturbación de naturaleza desconocida y variante en el tiempo, del voltaje de salida del convertidor. Dicha perturbación es estimada mediante un observador de tipo proporcional integral generalizado, el cual en combinación con el controlador permite regular la temperatura en la cara fría del módulo termoeléctrico a un valor constante deseado. El observador diseñado estima de manera simultánea el voltaje de salida del convertidor reductor y la perturbación exógena en un esquema de cancelación en línea, conocido como control mediante rechazo activo de perturbaciones. Para propósitos de comparación, se diseñan un controlador de tipo proporcional integral y un regulador cuadrático lineal, sobre la base de una linealización aproximada del modelo dinámico combinado del convertidor reductor y del módulo. Los resultados experimentales que se obtuvieron mediante un prototipo experimental, permiten mostrar la efectividad de la técnica de control propuesta para este tipo de dispositivos termoeléctricos.
2021-12-21T10:38:48ZMétodo de error de Bellman con ponderación de volumen para mallado adaptativo en programación dinámica aproximadaArmesto, LeopoldoSala, Antoniohttps://riunet.upv.es:443/handle/10251/1786872024-01-02T12:43:42Z2021-12-21T10:27:13ZMétodo de error de Bellman con ponderación de volumen para mallado adaptativo en programación dinámica aproximada
Armesto, Leopoldo; Sala, Antonio
[EN] Optimal control and reinforcement learning have an associate “value function” which must be suitably approximated. Value function approximation problems usually have different precision requirements in different regions of the state space. An uniform gridding wastes resources in regions in which the value function is smooth, and, on the other hand, has not enough resolution in zones with abrupt changes. The present work proposes an adaptive meshing methodology in order to adapt to these changing requirements without incrementing too much the number of parameters of the approximator. The proposal is based on simplicial meshes and Bellman error, with a criteria to add and remove points from the mesh: modifications to proposals in earlier literature including the volume of the affected simplices are proposed, alongside with methods to manipulate the mesh triangulation.; [ES] El control óptimo y aprendizaje por refuerzo lleva asociada una "función de valor'' que debe ser adecuadamente aproximada. Estos problemas de aproximar funciones de valor tienen, usualmente, diferentes requerimientos de precisión en diferentes regiones del espacio de estados. Un mallado uniforme tiene problemas porque desperdicia recursos en regiones en las que la función de valor es suave, mientras que no tiene la suficiente resolución en zonas con grandes cambios en dicha función. El presente trabajo propone una metodología de programación dinámica aproximada con mallado adaptativo, para poder adaptarse a dichos requerimientos cambiantes sin incrementar en exceso el número de parámetros del aproximador. La propuesta se basa en mallados simpliciales y en el error en la ecuación de Bellman con un criterios para añadir y quitar puntos del mallado: se modificarán propuestas de la literatura incluyendo el volumen de los símplices afectados en los criterios, y se detallarán las manipulaciones de la triangulación necesarias.
2021-12-21T10:27:13ZControl mixto para el seguimiento de trayectoria en buques marinosVacca Sisterna, CarlosSerrano, EmanuelScaglia, GustavoRossomando, Franciscohttps://riunet.upv.es:443/handle/10251/1786842024-01-02T12:43:40Z2021-12-21T09:18:08ZControl mixto para el seguimiento de trayectoria en buques marinos
Vacca Sisterna, Carlos; Serrano, Emanuel; Scaglia, Gustavo; Rossomando, Francisco
[EN] This work proposes the design of an adaptive controller for a marine vessel; the proposed control strategy applies a controller designed on linear algebra for the kinematics and an adaptive control technique for the dynamic part of the vessel. The linear algebra based controller (LABC) for kinematics receives the desired position references and this generates another reference velocity pair for the adaptive (dynamic) controller. The main goal of the application of the adaptive control technique in this kind of enforcement is presented in the case that the mass of the vessel varies with its trajectory (e.g. fishing vessel, refueling vessel, etc.) where the adaptive controller adjusts its parameters through of adaptation law, which in turn generates a control action that compensates dynamic variations of the ship. Besides, this work presents the stability analysis and adaptive adjustment law based on the Lyapunov theory. And the simulation results that are presented prove that the control can deal with non-linearities and time-variant dynamics.; [ES] Este trabajo muestra el diseño de un controlador adaptable para un buque marino; la estrategia de control que se propone es la aplicación de un controlador basado en álgebra lineal para la cinemática y una técnica de control adaptable para la parte dinámica del buque. El controlador basado en álgebra lineal (LABC) para cinemática recibe las referencias de posición deseadas y esto genera otro par de velocidad de referencia para el controlador adaptable (dinámico). El objetivo principal de la aplicación de la técnica de control adaptable se presenta en el caso de que la masa del buque varíe con su trayectoria (por ejemplo, buque pesquero, buque de reabastecimiento de combustible, etc.) donde el controlador adaptable ajusta sus parámetros mediante la ley de adaptación, que a su vez genera una acción de control que compensa las variaciones dinámicas del buque. Además, este trabajo presenta el análisis de estabilidad y la ley de ajuste adaptable basada en la teoría de Lyapunov. Los resultados de simulación muestran que el sistema puede seguir las señales de referencia con un error muy bajo aún en presencia de incertidumbre.
2021-12-21T09:18:08ZIntegración de la estrategia FMBPC en una estructura de control predictivo en lazo cerrado. Aplicación al control de fangos activadosVallejo, Pedro M.Vega, Pastorahttps://riunet.upv.es:443/handle/10251/1786822024-01-02T12:43:41Z2021-12-21T09:12:16ZIntegración de la estrategia FMBPC en una estructura de control predictivo en lazo cerrado. Aplicación al control de fangos activados
Vallejo, Pedro M.; Vega, Pastora
[ES] En este trabajo se aborda la integración de dos métodos o estrategias de Control Predictivo basado en Modelos, a saber: Control Predictivo basado en Modelos Borrosos (FMBPC) y Control Predictivo en Lazo Cerrado (CLP MPC). La primera de estas estrategias utiliza principios de Control Predictivo Funcional (PFC) y está enmarcada, al mismo tiempo, en el ámbito del Control Inteligente (IC). La integración tiene como principal objetivo proporcionar a la estrategia de control no lineal FMBPC un procedimiento de optimización que permita el manejo automático de restricciones en la variable de control. La solución propuesta consiste en hacer uso de una estructura complementaria de tipo CLP MPC para determinar mediante optimización, en cada instante de muestreo, los valores óptimos de un cierto término aditivo, a sumar a la ley de control FMBPC, de tal modo que se satisfagan las restricciones. El modelo de predicciones y la ley de control base necesarios para realizar los cálculos en la estructura CLP MPC son proporcionados por la estrategia FMBPC. La estrategia mixta FMBPC/CLP propuesta ha sido validada, en simulación, aplicándola al control de fangos activados en plantas de tratamiento de aguas residuales (EDAR), poniendo el foco en la imposición de restricciones a la acción de control. Los resultados obtenidos son satisfactorios, observando un buen rendimiento del algoritmo de control diseñado, al tiempo que se garantiza tanto la satisfacción de las restricciones, que era el principal objetivo, como la estabilidad del sistema en lazo cerrado.; [EN] This work addresses the integration of two methods or strategies of Model-Based Predictive Control, namely: Fuzzy Model-Based Predictive Control (FMBPC) and Closed-Loop Predictive Control (CLP-MPC). The first of these strategies uses principles of Predictive Functional Control (PFC) and is framed, at the same time, in the field of Intelligent Control (IC). The main objective of the integration is to provide to the FMBPC nonlinear control strategy an optimization procedure that allows the automatic handling of constraints in the control variable. The proposed solution consists of making use of a complementary structure of the CLP-MPC type to determine by optimization, at each sampling instant, the optimal values of a certain additive term, to be added to the FMBPC control law, in such a way that they are satisfied the constraints. The prediction model and base control law necessary to perform the calculations on the CLP-MPC structure are provided by the FMBPC strategy. The proposed FMBPC/CLP mixed strategy has been validated, in simulation, applying it to the control of activated sludge processes in wastewater treatment plants (WWTP), focusing on the imposition of constraints on the control action. The results obtained are satisfactory, observing a good performance of the designed control algorithm, while guaranteeing both the satisfaction of the constraints, which was the main objective, and the stability of the closed-loop system.
2021-12-21T09:12:16ZControl predictivo de sistemas ciberfísicosMaestre, José MaríaChanfreut, PaulaGarcía Martín, JavierMasero, EvaInoue, MasakiCamacho, Eduardo F.https://riunet.upv.es:443/handle/10251/1786812024-01-02T12:43:41Z2021-12-21T09:06:06ZControl predictivo de sistemas ciberfísicos
Maestre, José María; Chanfreut, Paula; García Martín, Javier; Masero, Eva; Inoue, Masaki; Camacho, Eduardo F.
[EN] Predictive control encompasses a family of controllers that continually replan the system inputs during a certain time horizon to optimize their expected evolution according to a given criterion. This methodology has among its current challenges the adaptation to the paradigm of the so-called cyber-physical systems, which are composed of computers, sensors, actuators and physical entities of various kinds, including robots and even human beings who exchange information to control physical processes. This tutorial introduces the core concepts for the application of predictive control to cyber-physical systems by reviewing a series of examples that exploit the versatility of this design framework so as to solve the challenges presented by 21st century applications.; [ES] El control predictivo engloba a una familia de controladores que replanifican continuamente las entradas del sistema durante un cierto horizonte temporal con el fin de optimizar su evolución esperada conforme a un criterio dado. Esta metodología tiene entre sus retos actuales la adaptación al paradigma de los llamados sistemas ciberfísicos, que están compuestos por computadoras, sensores, actuadores y entidades físicas de diversa índole entre las que se incluyen robots e incluso seres humanos que intercambian información con el objetivo de controlar procesos físicos. Este tutorial presenta los conceptos centrales de la integración del control predictivo en este tipo de sistemas mediante el repaso a una serie de ejemplos que explotan la versatilidad de este marco de diseño de controladores para resolver los desafíos que presentan las aplicaciones del siglo XXI.
2021-12-21T09:06:06Z